中国科大在纯红光钙钛矿电致发光二极管取得新进展

近日，中国科大姚宏斌教授课题组联合张群教授、林岳教授和张国桢副研究员研究团队提出金属卤化物钙钛矿亚稳相结晶策略，有效消除了混合卤素钙钛矿CsPbI3-xBrx晶粒内部的面缺陷，从而制备了高效的纯红光钙钛矿发光二极管，其外量子效率达17.8%，亮度为9000cd m^-2，研究成果以题为“Planar defect-free pure red perovskite light-emittingdiodes via metastable phase crystallization”发表在国际期刊Science Advances上（Sci. Adv. 2022,8, eabq2321）。

金属卤化物钙钛矿材料由于其高色纯度、宽色域、低成本以及可溶液加工等优势有望用于下一代发光二极管。然而钙钛矿材料由于其结晶过程的不可控，容易产生缺陷，这往往会限制钙钛矿发光二极管（PeLED）的效率以及稳定性。小分子钝化剂已成功用于调控单一卤素钙钛矿的成核、聚集以及组装过程，获得了高发光效率的微/纳米晶薄膜，进而使得绿光和近红外光PeLED的外量子效率超过20%。虽然小分子钝化剂也被尝试用于调控混合卤素钙钛矿的结晶，但目前混合卤素PeLED的效率以及稳定性依然很低，这其中的原因依然未知。

图1.混合卤素钙钛矿小分子调控的非经典结晶过程以及亚稳相结晶策略

姚宏斌教授课题组基于前期钙钛矿结晶调控的相关研究基础（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8162-8170；Adv. Optical Mater. 2021, 9, 2001684），首先揭示了在混合卤素钙钛矿成核、团聚以及组装过程中，不均匀的卤素离子分布会导致晶粒内部的面缺陷形成，进而提出了亚稳相结晶（MPC）制备混合卤素钙钛矿薄膜的策略。该策略可以有效促进钙钛矿晶格内部的卤素均匀混合，进而降低钙钛矿结晶过程中的晶格应力，从而消除钙钛矿晶粒内部的面缺陷（图1）。

图2.不同结晶过程制备的CsPbI3-xBrx薄膜晶粒内部的RP型面缺陷表征。(A-C)没有聚合物引发的相分离过程(NPS)(A),一步法退火(OSC)(B)和亚稳相结晶(MPC)(C)薄膜的TEM图。(D-E) NPS (D), OSC(E)和MPC(F)膜晶粒内部的HAADF-STEM图。内部插图是相应的快速傅里叶变换图。(G-I)D-F图中相应的原子级分辨的HAADF-STEM放大图。